Modeling of Cylindrical Couette Flow of Rarefied Gas Between Rotating Cylinders

Петър Господинов, Добри Данков, Владимир Русинов, Стефан Стефанов - Изследвано е цилиндрично течение на Кует за разреден газ между два въртящи се цилиндъра. Получени са профилите на налягането, скоростта и температурата по метода на прякото статистическо моделиране (DSMC) и чрез числено решаване на уравненията на Навие-Стокс за свиваем флуид. Резултатите сочат много добро съвпадение за малки числа на Кнудсен Kn = 0.02. Показано е, че при различни кинематични гранични условия, газът изостава или избързва спрямо скоростта на стената, или има поведение на твърдо еластично тяло. Получените резултати са важни при решаването на неравнинни, задачи от микрофлуидиката с отчитане на ефектите на кривината.

The cylindrical Couette flow of a rarefied gas is studied in the case of two cylinders rotating with different velocities. Velocity, density and temperature profiles are investigated by a Direct Monte Carlo Simulation method and a numerical solution of the Navier-Stokes equations for compressible flow is found. The results obtained by both methods are in an excellent agreement at a small Knudsen number Kn = 0.02. The calculations show that the gas lags or outstrips in comparison with the walls or it has the elastic rigid body behavior at the variety velocity boundary conditions. These results are important for applications in non-planar microfluidic problems.

The research leading to these results has received funding from the Bulgarian National Science Foundation, under Grant DID 02/20 – 17.12.2009 and the European Community’s Seventh Framework Programme FP7/2007-2013 under grant agreement ITN GASMEMS GA-215504.